原子结构 教学设计 高二化学人教版（2019）选择性必修2

教学设计

课程基本信息学科高中化学年级高二学期春季课题1.1原子结构——原子核外电子的排布规则教科书书名：化学选择性必修2教学目标1.通过阅读归纳、拓展探究，掌握核外电子排布需要遵循的泡利原理、洪特规则和能量最低原理，发展证据推理与模型认知的核心素养。2.通过阅读思考、模仿书写、思考讨论，认识电子排布图，并能正确书写原子、简单离子的电子排布图和价电子排布图。教学内容教学重点：1.掌握泡利原理、洪特规则和能量最低原理。2.掌握1～36号元素的原子核外电子排布图。教学难点：1.能量最低原理的理解和应用。2.1～36号元素的原子核外电子排布图。教学过程【导入】前面我们学习了能级ns、np、nd、nf分别能容纳2、6、10、14个电子，对应的原子轨道数分别为1、3、5、7，每个原子轨道中最多只能容纳2个电子。这2个电子容纳在同一原子轨道，也就意味着它们的空间运动状态相同。【问题1】为什么一个轨道允许容纳2个电子？那么这两个电子的运动状态有什么差异呢？【实验描述】钠原子光谱实验、斯特恩-盖拉赫实验任务一：了解电子自旋提出猜想：轨道中的单电子可能存在两种不同的运动状态。1925，乌伦贝克和哥德斯密提出：电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫自旋。自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性。请注意两点：1.“电子自旋”并非真像地球绕轴自转一样，它只是代表电子的两种不同状态。2.电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头(↑↓)表示自旋相反的电子。任务二：掌握原子核外电子排布规则泡利原理：在一个原子轨道最多只能容纳2个电子，且自旋相反。这个原理又称泡利不相容原理。因此，同一原子中没有运动状态完全相同的电子，自旋也是决定电子运动状态的因素之一。注意：若同一轨道中出现第3个电子，则必然出现2个自旋取向相同的电子，因此同一轨道最多容纳2个电子，且自旋相反。【学生讨论】为更形象地表示核外电子在轨道中的排布，常用轨道表示式（又称电子排布图）来表述原子核外电子排布情况。以铝原子为例，电子排布图中各符号、数字的意义为：【教师补充讲解】【思考讨论】1.以元素周期表和原子结构示意图为基础，小组讨论并书写相应元素的电子排布式和轨道表示式。元素符号轨道表示式推测依据推测过程中遇到的问题电子排布式HHeCN【讲解】H原子只有1个电子，轨道表示式；He原子有2个电子，根据泡利原理，轨道表示式。但是C、N轨道表示式中3p轨道均有3种可能，那么到底那种排布是正确的呢？【问题2】核外电子应如何填入简并轨道（能量相同的原子轨道）？洪特规则：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行。【学生回答】C原子电子排布的轨道表示式为，N原子电子排布的轨道表示式为。【教师讲解】归根结底，原子核外电子排布的最终目标是使整个原子的能量最低。因此，科学家提出“在构建基态原子中，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低”，整个规则成为能量最低原理。强调3个要点：1.能量越低越稳定，这是自然界的一个普遍规律。2.能量最低原理强调的是电子排布要使“整个原子的能量最低”。构造原理中存在能级交错，如电子按照3p→4s→3d的顺序填充，但是不能认为3d轨道的能量一定大于4s轨道，只是电子按照这样的顺序填充后，能使整个原子的能量最低。3.这是电子排布的根本原则，无论何种电子排布规则，都是为了整个原子的能量最低。任务三：运用原子核外电子排布规则【即时训练】1.根据核外电子排布规律，书写11到18号基态原子的电子排布图。（PPT投影习题）2.书写基态Fe的核外电子排布式和轨道表示式。【学生书写后教师讲评】【思考讨论】为什么基态Fe的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2,而不是1s22s22p63s23p63d8？3.书写21~30元素（强调熟知、记忆）的基态原子阶层电子轨道表示式。信息提示：洪特通过分析光谱实验的结果指出，能量相同的原子轨道在全充满（如d10）、半充满（如d5）和全空（如d0）状态时，体系的能量最低。（洪特规则特例）【教师重点分析】24Cr的价电子排布式为3d54s1(3d、4s能级均为半充满)，易错写为3d44s2；29Cu的价电子排布式为3d104s1(3d全充满、4s半充满)，易错写为3d94s2。【思考讨论】1.为什么基态氦原子的电子排布是1s2而不是1s12s1?2.为什么基态氮原子的轨道表示式是，而不是？3.为什么基态K和Ca的价电